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Aug 18, 2023

Grabar láminas de latón grandes es más difícil de lo que cree

Una de mis formas favoritas de pensar en ingeniería es que un vaso no está medio vacío ni medio lleno, sólo el doble de grande de lo necesario. Por muy útil que sea esa idea, también significa que rara vez pongo algo

Una de mis formas favoritas de pensar en ingeniería es que un vaso no está medio vacío ni medio lleno, sólo el doble de grande de lo necesario. Por muy útil que sea esa idea, también significa que rara vez pongo esfuerzo en la estética de mis proyectos: aprendo o logro lo que necesito, desoldo y reciclo los componentes, y luego sigo adelante. Pocos de mis proyectos son permanentes y los estuches personalizados tienden a no ser reutilizables, por lo que evito el esfuerzo y el gasto.

De vez en cuando necesito hacer un regalo. En ese caso, tanto la forma como la función se convierten en prioridades. Afortunadamente, no todo lo que brilla es oro y durante el último año he estado aprendiendo a grabar las aleaciones de cobre comúnmente clasificadas como "latón". Ya hemos cubierto algunas piezas de latón grabadas realmente excelentes y me inspiré para intentar grabar piezas de metal más grandes (A4 y más grandes) sin sacrificar la resolución. Pensé que esto sería como grabar circuitos. De hecho, pasé varios meses de intentos fallidos antes de lograr algo medio decente.

Aunque todavía estoy trabajando para perfeccionar mis técnicas, mientras tanto he aprendido lo suficiente como para dar un informe. Continúe leyendo si siente la necesidad de más letreros de latón elegantes en su vida.

En Asia, el latón es un material decorativo muy común y puedo comprarlo fácilmente según sea necesario a 9 dólares el kilogramo en una variedad de formas. Empecé comprando unos 10 kg de láminas, varillas y láminas de latón para determinar qué era práctico.

La primera lección aprendida fue que los tapajuntas de latón baratos, una especie de lámina de 0,2 mm de espesor que viene en rollo, simplemente se deshacía durante el grabado. El zinc reaccionó mucho más rápido que el cobre, dejando una mezcla de cobre quebradiza y fea. Este problema desapareció cuando utilicé latón más grueso, normalmente de 1 mm a 2 mm de China o Taiwán, ambos resultaron ser de buena calidad.

La segunda lección aprendida fue que incluso una lámina de latón relativamente delgada (alrededor de 0,2 mm) absorbe mucho más calor que una PCB de tamaño equivalente. Normalmente grabo circuitos usando el método de transferencia de tóner, aproximadamente como se detalla aquí. Descubrí que una plancha de ropa normalmente no podía calentar el latón lo suficiente como para fusionar el tóner correctamente. Intenté dos métodos para solucionar este problema: cambiar a procesos sin calor y usar calefacción de mayor potencia.

Probé tres tipos de procesos sin calor. En el primero, simplemente compré láminas fotorresistentes a los rayos UV y traté de adherirlas al latón. Rápidamente descubrí que mis láminas de fotorresistente eran terribles y era prácticamente imposible evitar que se formaran burbujas entre el fotorresistente y el latón en casi todas partes, incluso cuando aplicaba el fotorresistente bajo el agua.

Razoné que pintar sobre fotorresistente no tendría ese problema, pero no pude encontrar ninguna fuente local de pintura fotorresistente. Como resultado, compré un poco de acrílico de curado UV (del tipo que se usa en los salones de uñas). Desafortunadamente, el proceso de curado no resultó en una resistencia utilizable: las áreas protegidas de los rayos UV aún se endurecieron lo suficiente como para que no pudiera limpiar adecuadamente la lámina de latón con solvente después. No obstante, sospecho que un método mejor para aplicar fotorresistente, como pintura o aerosol, produciría resultados superiores.

Descubrí que el acrílico de curado UV funciona muy bien como resistente al grabado cuando se cura, aunque requiere algo de paciencia y un solvente desagradable para eliminarlo. Una ventaja que tiene es un largo tiempo de trabajo en un ambiente con muy poca luz ultravioleta. Terminé usándolo para retoques cuando tuve un proceso de trabajo aceptable.

Como último intento de evitar procesos de alta temperatura, intenté aplicar una mezcla de aproximadamente 15% de xileno y 85% de metanol (el xileno y el agua no son miscibles) al papel impreso para hacer que el tóner sea lo suficientemente pegajoso como para adherirse al latón, presionarlo. y déjelo secar antes de remojarlo en agua y retirarlo. El tóner se volvió pegajoso y se adhirió un poco, pero descubrí que no se adhirió al latón tan bien como lo hizo con el calor aplicado. Aplicar tanto solventes orgánicos como calor no era algo que tuviera el equipo para intentar de manera segura, así que también abandoné esa opción.

Habiendo renunciado a los procesos de baja temperatura, me concentré en calentar la lámina de latón a una temperatura lo suficientemente alta como para transferir el tóner de manera confiable sin quemarme terriblemente. Una plancha o una plastificadora de documentos no eran lo suficientemente potentes excepto para piezas muy pequeñas de latón, y estaba interesado en grabar paneles grandes para pintarlos y usarlos como letreros, utensilios de cocina, arte en paneles o componentes de muebles.

Sabía por experiencia previa que una prensa térmica para camisetas funcionaría bastante bien (lo había probado con acero y paneles de PCB grandes) y solo requería algunos retoques en los bordes de la pieza. Sin embargo, una prensa térmica no es algo para lo que tenga espacio en casa en este momento, y tampoco son tan baratas. Afortunadamente, con un poco de preparación y práctica, mi estufa de gas funcionó bien.

La clave resultó ser colocar una gran lámina de latón de 2 mm de espesor a través del elemento de mi estufa y colocar la pieza más pequeña encima para poder aplicar presión en cualquier punto de la pieza sin correr el riesgo de que se caigan las piezas de metal calientes. estufa y sobre mí mismo. ¡Vale la pena practicar esto varias veces sin aplicar calor para asegurarse de que su configuración sea tan estable y segura como cree!

Calenté el latón a una temperatura en la que derretiera el tóner, pero no quemara el papel, y luego apagué la estufa. Con la hoja inferior más grande actuando como un disipador de calor, coloqué el papel con el tóner hacia abajo sobre la pieza, coloqué un paño de algodón sobre ella y usé un rodillo para aplicar una presión uniforme. Luego lo calenté nuevamente, apagué la estufa y repetí el proceso para lograr una unión buena y uniforme.

Probablemente podría haber usado mi horno eléctrico para calentar el latón, pero la estufa de gas resultó rápida y efectiva.

De todos modos, aquí tienes una buena masa de metal caliente, análogo a sacar galletas del horno en una bandeja para hornear anormalmente pesada. No es abrasador, pero sí lo suficientemente caliente y tiene suficiente masa térmica como para quemarte dolorosamente. Probablemente querrás usar ropa y zapatos adecuados. Mi preferencia es tener también a mano un recipiente lleno de agua, guantes para horno y un extintor.

El resultado de lo anterior fue que pude transferir tóner a piezas de metal mucho más grandes y gruesas. Probablemente cualquier tamaño mayor que A3 requeriría perfeccionar el método. De todos modos, hubo algunas imperfecciones menores en la cobertura del tóner. Para un circuito esto estaría bien, pero aquí afecta significativamente el aspecto.

Para corregir estos errores, primero limpié la mayor parte del papel de la pieza para que todas las áreas que debían grabarse quedaran completamente expuestas. Luego utilicé esmalte de uñas acrílico de curado UV para corregir las áreas donde el tóner no se adhería visiblemente. Trabajé en una habitación iluminada con fuentes que no eran UV para no tener que preocuparme por el tiempo de trabajo. Una vez que las correcciones estuvieron hechas a mi satisfacción, dejé la pieza de latón al sol durante dos minutos para que se curara. Luego froté pintura acrílica negra a base de agua en la pieza y luego la limpié rápidamente y la dejé secar. La idea aquí era que todavía hubiera suficientes fibras de papel adheridas al tóner para que la pintura acrílica se absorbiera un poco y brindara protección adicional a las áreas cubiertas con tóner. Mientras tanto, limpió las áreas de latón expuestas. Esto disminuyó notablemente las marcas de viruela causadas por pequeñas cantidades de grabador que se deslizan por el tóner.

Finalmente, pegué con cinta adhesiva los bordes, así como cualquier área grande y uniforme de tóner, para maximizar la protección contra el grabador. Pude ver que tanto la cinta como el acrílico ayudaron a mantener el grabador contenido en áreas útiles. Apliqué con cuidado una esponja con cloruro férrico durante unos 20 minutos. El ácido clorhídrico requiere documentación policial para comprarse en mi zona y experimentos anteriores con electrograbado produjeron resultados insatisfactorios.

Después de grabar, eliminé el tóner con xileno mientras estaba al aire libre y con un ventilador grande en la espalda. Dejando a un lado la seguridad, tengo opiniones firmes sobre qué disolventes orgánicos huelen peor y el xileno está en la parte superior de la lista.

Probé dos métodos para pintar: el primero fue usar negro de humo a base de aceite de linaza, literalmente el tipo de pintura negra que se usa en pinturas al óleo elegantes. Esto produjo el mejor resultado al principio, pero tomó mucho tiempo, resultó poco práctico cuando se trataba de detalles finos y tenía poca resistencia mecánica al pulido abrasivo de latón. También tarda al menos una semana en secarse.

El método alternativo es pintar el letrero aproximadamente correctamente con pintura acrílica a base de agua, dejar que se seque parcialmente y luego lijar ligeramente el letrero con papel de lija de grano muy fino. La pintura tenderá a permanecer en las ranuras que has grabado. Continúas pintando, lijando y repintando hasta que el patrón que has grabado esté completamente pintado. Luego vuelves a pulir el letrero y esperas que todo permanezca en su lugar.

Lamentablemente, no pude encontrar una tienda que vendiera pinturas al óleo esmaltadas (me vino a la mente el tipo para pintar modelos de plástico). Probablemente eso hubiera funcionado mucho mejor. También consideré usar un crayón de cera negro o lacre, luego calentar el letrero y dejarlo fluir hacia las ranuras grabadas.

Como paso final, puedes plantearte proteger tu obra con un barniz, aunque esto no es estrictamente necesario. Descubrí que la pintura se mantiene lo suficientemente bien como para tolerar un pulido ligero con un limpiador de latón. Ahora puedes hacer frívolamente todo con latón, como en Dwarf Fortress.

Creo que una conclusión justa sería que de todos los métodos que apliqué, la transferencia de tóner produjo los mejores resultados, pero deberían ser posibles mejoras significativas con la resistencia al grabado de curado UV. El mayor problema con la transferencia de tóner fue que la resistencia al grabado no impedía por completo que el grabador reaccionara con el latón, especialmente cerca de los bordes de la pieza. Creo que esto podría resolverse con aerosol o pintura sobre una resistencia al grabado con curado UV, o tal vez incluso con una película de calidad menos sospechosa.

Por cierto, el regalo que hice después con este proceso fue para la boda de una amiga, y quedó bastante bien el día antes de la ceremonia. Un resultado afortunado después de unos meses de retoques, pero el progreso continúa.